第6章　化学反应与能量 分层作业9　化学反应与电能--2025人教版化学必修第二册同步练习题（含答案）

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2025人教版化学必修第二册
分层作业9　化学反应与电能
A 级　必备知识基础练
题组1.原电池的构成及工作原理
1.(2024·山东省实验中学高一检测)下列装置中,能形成原电池的是(　　)
2.(2024·山东菏泽高一期中)金属a、b在金属活动性顺序中均位于氢的前面,a可以从b的硝酸盐溶液中置换出b。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中,下列叙述不正确的是(　　)
A.导线中有电流,电流由b流向a
B.a的质量减小,b的质量增大
C.b上有氢气产生
D.a上发生氧化反应,b上发生还原反应
3.(2024·江西井冈山大学附中高一期中)用如图所示装置探究原电池的工作原理,下列说法不正确的是(　　)
A.乙图与丙图中锌片的质量均减轻
B.乙图中铜电极上的电极反应式为2H++2e-H2↑
C.丙图中Zn片上发生氧化反应,溶液中的Cu2+向铜电极移动
D.甲图中锌片质量减轻,铜片上有气体产生
4.(2024·山东青岛高一期末)某原电池的示意图如图,M、N为两种不同的常见金属,X溶液为酸溶液或碱溶液。下列说法正确的是(　　)
A.若M电极为Mg,N电极为Al,则M一定为负极
B.若M电极为Fe,N电极为Cu,则M一定为负极
C.若M电极质量减轻,N电极质量一定增加
D.若M电极质量显著减少,则M一定为负极
5.(2024·四川成都高一期末)某原电池的工作原理如图所示,总反应为Zn+2NZn2++2NH3↑+H2↑,下列说法正确的是(　　)
A.Zn为电池的负极,该装置放电时化学能全部转化为电能
B.反应2N+2e-2NH3↑+H2↑在负极上发生
C.电流由Zn电极经外电路流向石墨电极
D.2FeCl3+Fe3FeCl2理论上也能设计为原电池
题组2.常见化学电源及分析
6.(2024·云南保山高一期中)下列四个常用电化学装置的叙述正确的是(　　)
图Ⅰ水果电池 图Ⅱ干电池
图Ⅲ铅酸蓄电池 图Ⅳ氢氧燃料电池
A.图Ⅰ所示电池中,铜电极发生氧化反应
B.图Ⅱ所示干电池中,锌得到电子,作负极
C.图Ⅲ所示电池为二次电池,放电时电解质溶液中的H+移向Pb极
D.图Ⅳ所示电池中正极反应为O2+4H++4e-2H2O
7.(2024·山西孝义高一期中)铅酸蓄电池构造如图,下列说法不正确的是(　　)
A.电池工作时,电子由Pb板通过导线流向PbO2板
B.电池工作时,Pb电极质量减小
C.电池工作时,正极的电极反应式是PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O
D.由反应可知,物质的氧化性:PbO2>Pb2+
8.(2024·江苏盐城高一期中)二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时,实现了制硫酸、发电、环保“三位一体”的结合,其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.正极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+
B.该燃料电池发生的是非氧化还原反应
C.电流的流动方向为从电极A→导线→电极B
D.标准状况下,若有22.4 L SO2反应,则转移了2 mol电子
9.(2024·河南新乡高一期中)甲烷燃料电池是以某固体氧化物为电解质,O2-可在固体氧化物电解质中自由移动,工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电池工作过程中主要将化学能转化为电能
B.a极为负极,发生氧化反应
C.电子由电极a通过外电路流向电极b
D.当电极a上消耗1 mol CH4时,电极b上有1 mol O2被还原
B 级　关键能力提升练
10.(2024·河南漯河高一期末)分析如图所示的三个原电池装置,其中结论正确的是(　　)
A.①②中Mg作负极
B.③中Fe作负极,负极电极反应式为Fe-3e-Fe3+
C.②中Mg作正极,正极电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑
D.③中电子由Cu电极经硝酸溶液流向Fe电极
11.(2024·河南郑州高一期末)燃料电池是一类重要的电池,某金属-空气燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.金属电极可以是活泼金属Na、Li等
B.向该装置中注入海水就会有电流产生
C.若有22.4 L(标准状况)空气参加反应,流经电解质溶液的电子为0.8 mol
D.理论上,正极通入甲烷,不能形成原电池
12.(2024·浙江嘉兴高一期中)一种NO-空气燃料电池的工作原理如图所示,该电池工作时,下列说法正确的是(　　)
A.正极的电极反应式为NO-3e-+2H2ON+4H+
B.消耗0.1 mol O2时,质子交换膜左边质量变化3.6 g
C.若产生1 mol HNO3,则通入O2的体积应大于16.8 L
D.若用金属铜代替多孔石墨棒,不会对电极反应产生影响
13.(2024·湖北咸宁高一期末)在通风橱中进行下列实验:
步 骤
现 象 Fe表面产生大量无色气泡,液面上方由无色变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止 Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是(　　)
A.Ⅰ中发生反应的化学方程式:Fe+4H++NFe3++NO↑+2H2O
B.将Ⅱ中的铁棒换成铝棒,现象几乎相同
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明物质的浓度不同,其化学性质可能不同
D.Ⅲ装置可形成原电池,其中铁为负极,反应式为Fe-2e-Fe2+
14.(2024·四川成都高一期中)某化学兴趣小组探索原电池的工作原理,下列分析错误的是(　　)
选项 装置图 负极 实验现象 解释与分析
A Mg Mg片逐渐溶解,Al片上有气泡,电流计指针发生偏转(偏向Al) Mg和Al都能与稀硫酸反应,Mg比Al活泼,Mg作负极,Al作正极
B 无 Mg片和Al片上都没有气泡产生,电流计指针不发生偏转 乙醇是非电解质,乙醇溶液不能导电,该装置不能形成原电池
C Al Al片逐渐溶解,Cu片上有气泡,电流计指针发生偏转(偏向Cu) Al和Cu都能与浓硝酸反应,Al比Cu活泼,Al作负极,Cu作正极
D Al Al片逐渐溶解,Mg片上有气泡,电流计指针发生偏转(偏向Mg) Al能与NaOH溶液反应,Mg不能与NaOH溶液反应,Al作负极,Mg作正极
C 级　学科素养拔高练
15.(2024·广东广州高一期中)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。下图是一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液。总反应为Ag2O+ZnZnO+2Ag,其中一个电极反应为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。
(1)正极材料为　　　　　。
(2)写出另一电极的电极反应式:　 　　　　　　　。
(3)在电池使用的过程中,电解质溶液中KOH的物质的量怎样变化 　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)当电池工作时通过电路对外提供了1 mol电子,计算消耗的负极的质量:　　　　　。
(5)利用下列反应:Fe+2Fe3+3Fe2+,选择适当的材料和试剂设计一个原电池。
①请在下图中,标出电极名称、电极材料和电解质溶液。
②正极反应式:　 　　　　　　　。
③电解质溶液中,阳离子向　　　　(填“正极”或“负极”)移动。
答案：
1.D　解析 构成原电池的条件为有活泼性不同的两个电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发的氧化还原反应。乙醇是非电解质,不能构成原电池,A错误;蔗糖是非电解质,不能构成原电池,B错误;没有形成闭合回路,不能构成原电池,C错误。
2.C　解析 a可以从b的硝酸盐溶液中置换出b,说明a比b更活泼。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中形成原电池,a作负极,b作正极,故电流由b流向a,A正确;a作负极,失电子发生氧化反应,b作正极,Cu2+在正极表面被还原生成Cu,故a的质量减小,b的质量增大,B正确,C错误;a作负极,b作正极,则a上发生氧化反应,b上发生还原反应,D正确。
3.D　解析 乙图与丙图装置均形成原电池,锌均作负极,发生氧化反应生成Zn2+,故其质量均减轻,A正确;乙图中铜电极作正极,电解质溶液为稀硫酸,电极反应式为2H++2e-H2↑,B正确;丙图中锌电极为负极,发生氧化反应,溶液中的Cu2+向正极铜电极移动,C正确;甲图中没有形成闭合电路,不能构成原电池,反应中锌片质量减轻且锌表面有气体产生,D错误。
4.D　解析 若M电极为Mg,N电极为Al,X溶液为氢氧化钠溶液,则Al为负极,负极上Al失去电子,Mg为正极,得电子,A错误;若M电极为Fe,N电极为Cu,X溶液为浓硝酸,Cu能和浓硝酸反应,Cu被氧化,作负极,Al在浓硝酸中钝化,硝酸根在正极铝上得电子被还原为二氧化氮,B错误;若M电极质量减轻,N电极质量不一定增加,如Mg-Al-氢氧化钠溶液,铝为负极,镁为正极,负极生成Na[Al(OH)4],正极生成氢气,正极质量不增加,C错误;一般来说,原电池中相对活泼的一极失去电子,为原电池的负极,若M电极质量显著减少,表示M失去电子,则M一定为负极,D正确。
5.D　解析 Zn失电子生成Zn2+,Zn为电池的负极,该装置放电时化学能大部分转化为电能,会有少量转化为热能,A错误;正极发生还原反应,反应2N+2e-2NH3↑+H2↑在正极上发生,B错误;Zn是负极,石墨是正极,电流由石墨电极经外电路流向Zn电极,C错误;2FeCl3+Fe3FeCl2属于自发进行的氧化还原反应,理论上也能设计为原电池,D正确。
6.D　解析 图Ⅰ所示电池中由于Zn比Cu活泼,则Cu电极为正极,故铜电极发生还原反应,A错误;图Ⅱ所示干电池中锌电极作负极发生氧化反应,失去电子,B错误;图Ⅲ所示铅酸蓄电池属于可充电电池即为二次电池,放电时Pb作负极,PbO2作正极,故电解质溶液中的H+移向正极即PbO2极,C错误;图Ⅳ所示电池为氢氧燃料电池,通H2的一极为负极,电极反应为H2-2e-2H+,通O2的一极为正极,反应为O2+4H++4e-2H2O,D正确。
7.B　解析 电池工作时,Pb是负极、PbO2是正极,电子由Pb板通过导线流向PbO2板,A正确;电池工作时,Pb是负极,负极反应式为Pb-2e-+SPbSO4,Pb电极质量增大,B错误;电池工作时,正极PbO2得电子生成硫酸铅,电极反应式是PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,C正确;总反应为Pb+PbO2+4H++2S2PbSO4+2H2O,PbO2是氧化剂、PbSO4既是氧化产物又是还原产物,物质的氧化性为PbO2>Pb2+,D正确。
8.D　解析 正极上O2得电子结合氢离子生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,A错误;该燃料电池总反应为2SO2+O2+2H2O2H2SO4,该反应为氧化还原反应,B错误;电极A为负极,电极B为正极,电流从电极B→导线→电极A,C错误;标准状况下22.4 L SO2物质的量为1 mol,负极上电极反应为SO2+2H2O-2e-S+4H+,1 mol SO2参与反应转移2 mol电子,D正确。
9.D　解析 a极上甲烷失电子产生CO2,则a极为负极,b极为正极。原电池工作时主要将化学能转化为电能,A正确;由图示可知,电极a中CH4失电子生成CO2,作电池的负极,发生氧化反应,B正确;电极a是负极,电极b是正极,电子由负极经外电路流向正极,C正确;由电子守恒可知,消耗1 mol CH4转移8 mol e-,则有2 mol O2被还原,D错误。
10.C　解析 ①在硫酸电解液中Mg和Al相比,Mg更活泼,Mg作负极,但②在氢氧化钠溶液中,Al可以发生反应而Mg不能,此时Al作负极,A错误;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应,Cu失去电子发生氧化反应,故Cu作负极,负极电极反应式为Cu-2e-Cu2+,B错误;②在氢氧化钠溶液中,Al可以发生反应而Mg不能,此时Al作负极,Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,C正确;③中Cu作负极,电子由负极流出经导线流向正极,电子由Cu电极经导线流向Fe电极,D错误。
11.B　解析 Na、Li与H2O能反应,不能作该电池的电极,A错误;向题述装置中注入海水后构成原电池,有电流产生,B正确;电子不能流经电解质溶液,C错误;甲烷在反应中失去电子,应该在负极通入,D错误。
12.B　解析 燃料电池中,通燃料一极为负极,即通入NO的一极为负极,NO失去电子发生氧化反应生成硝酸根离子:NO-3e-+2H2ON+4H+,A错误;消耗0.1 mol O2时,转移电子0.4 mol,反应的NO为 mol×30 g·mol-1=4 g,同时有0.4 mol氢离子(为0.4 g)移向右侧,则质子交换膜左边质量变化3.6 g,B正确;题目未指明是否处于标准状况下,不确定氧气的体积,C错误;铜是活性电极,若用金属铜代替多孔石墨棒,负极上铜可能发生氧化反应,将会对电极反应产生影响,D错误。
13.D　解析 根据分析,实验Ⅰ中,Fe与稀硝酸反应生成NO,生成的NO不溶于水,易与空气结合生成红棕色气体NO2;实验Ⅱ中,Fe与浓硝酸发生钝化,加入Cu后构成原电池,Cu与浓硝酸反应生成NO2,当硝酸浓度变小,Fe与稀硝酸反应生成NO。根据分析,实验Ⅰ中Fe与稀硝酸反应生成硝酸铁和NO,A正确;Al、Fe与浓硝酸发生钝化,B正确;实验Ⅲ中,根据分析,Cu为负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,D错误。
14.C　解析 Mg和Al都能与稀硫酸反应,因为Mg比Al活泼,则Mg作负极,Al作正极,A正确;由于乙醇是非电解质,乙醇溶液不能导电,该装置不能形成原电池,Mg片和Al片上都没有气泡产生,电流表指针不发生偏转,B正确;Al与浓硝酸常温下发生钝化,Al的表面会生成一层致密的氧化层阻止反应的进行,Cu能与浓硝酸反应,故Cu作负极,Al作正极,电流表指针偏向Al,C错误;Al能与NaOH溶液反应,Mg不能与NaOH溶液反应,Al作负极,Mg作正极。Al片逐渐溶解,Mg片上有气泡,电流表指针发生偏转偏向Mg,D正确。
15.答案 (1)Ag2O
(2)Zn+2OH--2e-ZnO+H2O
(3)不变
(4)32.5 g
(5)①负极　铁　正极　石墨/铜　氯化铁溶液　②Fe3++e-Fe2+　③正极
解析 (1)总反应为Ag2O+ZnZnO+2Ag,Ag2O变成Ag,Ag的化合价从+1变为0,化合价降低,则该电极反应化合价降低、被还原,则Zn为负极,Ag2O为正极。
(2)Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-为正极反应,负极失电子,被氧化,则负极反应为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O。
(3)从总反应Ag2O+ZnZnO+2Ag来看,反应不涉及KOH,KOH的物质的量不变。
(4)根据Zn+2OH--2e-ZnO+H2O可知转移2 mol电子时消耗1 mol Zn,则电路中通过1 mol电子消耗0.5 mol Zn,消耗的负极的质量m=0.5 mol×65 g·mol-1=32.5 g。
(5)①原电池中失电子的物质作负极,根据方程式知,铁作负极,比铁活泼性小的金属或导电的非金属作正极;铁失电子,发生氧化反应;正极上得电子,发生还原反应,根据方程式知,Fe3+得电子,生成Fe2+,电极反应式为Fe3++e-Fe2+,电解质是反应物中可溶性的、得电子的物质,故电解质是可溶性的铁盐,可用氯化铁溶液作电解质溶液。
②正极上Fe3+得电子生成Fe2+,电极反应式为Fe3++e-Fe2+。
③在原电池中,阳离子移向正极。
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